1 引 言
在工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，并將這些數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C進行處理，由主機根據(jù)處理的結(jié)果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進行各種操作。目前數(shù)據(jù)的傳輸基本是基于有線的網(wǎng)絡(luò)，如RS485，CAN等。這些有線的網(wǎng)絡(luò)一般具有成本比較高、維護不方便等缺點。而無線傳輸相對具有一定的優(yōu)勢，如成本低、可靠性高、維護方便等。本文介紹一個基于PTR2000無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，不僅能了解數(shù)據(jù)采集的一般過程以及一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成，還能了解PTR2000模塊、ADUC812單片機、USB100模塊的功能。該系統(tǒng)最高傳輸速度可達19．2 kb/s。
2 系統(tǒng)原理
該系統(tǒng)由工控機、USB100、AT89C51單片機、PTR2000(2塊)、ADUC812單片機構(gòu)成。
2．1 ADUC812高性能單片機
Anolog Device公司的ADUC812高性能單片機由與 8051兼容的內(nèi)核［1］、片內(nèi)外圍設(shè)備、電源單元和模擬單元組成。8051兼容的內(nèi)核額定的工作頻率是12 MHz(最大可達16 MHz)，3個16 b定時計數(shù)器，功能包括看門狗定時器、電源監(jiān)視PSM、高速ADC以及DMA控制器。片內(nèi)有8 kB的閃速/電可擦除程序存儲器，640 B的閃速/電可擦除數(shù)據(jù)存儲器和256 B的片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，支持16 MB的外部數(shù)據(jù)存儲空間和64 kB的外部數(shù)據(jù)尋址空間，為多處理器接口和I/O擴展提供了32條可編程的I/O口線，端口3有高電流驅(qū)動能力，同時具有標(biāo)準(zhǔn)的UART接口和可配置的I2 C端口或SPI端口。模擬單元包括8通道、高速(200 kb/s)自校準(zhǔn)12 b ADC、片內(nèi)4OPPM/C電壓基準(zhǔn)、2個電壓輸出DAC和片內(nèi)溫度傳感器等，可構(gòu)成一個強大的12 b數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
2．2 USB100通用串行總線協(xié)議模塊
USB100是基于ASIC設(shè)計的，內(nèi)部封裝了USB1．1全部協(xié)議以及多達384 B的發(fā)送緩沖區(qū)和128 B的接收緩沖接口，對USB接口的操作如同對外部存儲器操作一樣方便，由USB100模塊完成全部協(xié)議的轉(zhuǎn)換和封裝，使開發(fā) 過程變得十分簡單。
各管腳說明如下：
P1～P9，P16，NC：空腳。
P10，VCC：輸出，＋5 V輸出，提供給外部MCU使用，最大400 mA。
P11，USBVCC：輸入，USB接口的電源腳。P12～P13，D＋，D－：輸入/輸出，USB數(shù)據(jù)線。P14～P15，GND：電源地。
P17，RXE：輸出，高表示模塊沒有數(shù)據(jù)輸出；低表示模塊有數(shù)據(jù)輸出，可以讀數(shù)據(jù)。
P18，TXE：輸出，高表示模塊發(fā)送緩沖區(qū)已滿；低表示發(fā)送緩沖區(qū)為空，可以發(fā)送數(shù)據(jù)。
P19，WR：輸入，將8 b并行總線上的數(shù)據(jù)鎖存入內(nèi)部緩沖區(qū)。
P20，RD：輸入，允許內(nèi)部接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)通過8 b并行總線讀出。
P28～P21，D0～D7：8 b雙向數(shù)據(jù)線，他是一個8 b并口，USB100通過他與單片機交換數(shù)據(jù)。
USB100模塊的控制時序：
發(fā)送時序 當(dāng)單片機檢測到USB100模塊TXE為低時，表示內(nèi)部發(fā)送緩沖區(qū)允許發(fā)送數(shù)據(jù)到USB端口，可以 將數(shù)據(jù)通過8 b數(shù)據(jù)總線發(fā)給USB100模塊，發(fā)送數(shù)據(jù)鎖存由WR控制，USB100模塊TXE為高時，禁止發(fā)送數(shù)據(jù)。
接收時序 當(dāng)單片機檢測到USB100模塊RXF為低時，表示內(nèi)部接收緩沖區(qū)有來自USB端口的數(shù)據(jù)，可以通過8 b數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)讀入發(fā)給USB100模塊，接收數(shù)據(jù)鎖存由RD控制，接收時序如圖5所示。
2．3 PTR2000無線傳輸模塊
PTR2000是一個小型、超低功耗無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。 該模塊工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433 MHz［3］，采用了FSK調(diào)制，抗干擾能力強，采用了DDS＋PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好，靈敏度達到－105 dPm，最大發(fā)射功率為＋10 dPm，工作電壓2．7～5．25 V，具有2個工作頻道，工作最高速度可達19．2 kb/s(也可工作在其他頻率，如9 600 b/s)，可直接與CPU串口使用如8031等，也可以接計算機RS232串口，軟件編程非常方便。由于該模塊采用了低發(fā)射功率、高靈敏度設(shè)計，使用無需申請許可證。
各管腳說明如下：
P1：VCC，電源輸入端，接2．7～5．25 V。
P2：CS，頻道選擇，CS＝0選擇工作頻道1，即433．92 MHz；CS＝1選擇工作頻道2，即434．33 MHz。
P3：DO，數(shù)據(jù)輸出。
P4：DI，數(shù)據(jù)輸入。
P5：GND，接地端。
P6：PWR，節(jié)能控制，PWR＝1，正常工作狀態(tài)；PWR＝0，待機微功耗狀態(tài)。
P7：TXEN，發(fā)射接收控制，TXEN＝1模塊處于發(fā)射狀態(tài)，TXEN＝0模塊處于接收狀態(tài)。
3 采集系統(tǒng)的編程
3．1 單片機ADUC812編程
程序在初始化了各種參數(shù)以后，開始不斷循環(huán)，查詢A/D端口，將各路A/D端口的數(shù)據(jù)不斷采集，并通過串口輸入PTR2000，由PTR2000將數(shù)據(jù)傳輸出去；同時該模塊不斷查詢串口，若有由PTR2000通過串口輸入的數(shù)據(jù)，及時將數(shù)據(jù)輸出到D/A端口。本程序采用C語言編程，主程序為main()。
注：FFH開始采集數(shù)據(jù)標(biāo)志；EEH結(jié)束標(biāo)志。
3．2 AT89C51單片機編程
AT89C51負責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，一方面他通過PB口與USB100的并行數(shù)據(jù)口相連，負責(zé)從USB100接收或者將數(shù)據(jù)傳輸給USB100模塊；另一方面AT89C51通過串口與另一塊PTR2000相連，負責(zé)將從USB100模塊接收的數(shù)據(jù)傳給PTR2000，或者將從PTR2000模塊接收的數(shù)據(jù)傳給USB100模塊。他的程序與ADUC812的程序相似，區(qū)別在于他沒有開始和結(jié)束標(biāo)志，并且他查詢的是USB100模塊是否有數(shù)據(jù)輸出和串口是否接收到PTR2000傳來的數(shù)據(jù)。
3．3 工控機編程
在工控機上安裝好USB100模塊的專用驅(qū)動程序后，USB100即可作為一個標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備來編程，可以按照與串口完全一樣的方法進行編程。在本次設(shè)計中采用了VC編程，在VC中采用MSComm控件，將USB接口作為一個標(biāo)準(zhǔn)的串口使用。程序分為兩部分：一部分是USB接口程序；另一部分是應(yīng)用程序部分。將由ADUC812采集到的A/D數(shù)據(jù)用直觀的圖像的方法顯示出來。
4 結(jié) 語
本設(shè)計介紹的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于其他無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用具有一定的參考價值，通過適當(dāng)改變硬件配置，以及適當(dāng)修改程序，可以應(yīng)用于遠程抄表、遠程監(jiān)控等領(lǐng)域。
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